Advantages and challenges of hafnia-zirconia based ferroelectric random-access memories
Bachelor thesis
Permanent lenke
https://hdl.handle.net/11250/3091491Utgivelsesdato
2023Metadata
Vis full innførselSamlinger
- Institutt for kjemi [1404]
Sammendrag
Siden oppdategelsen av ferroelektrisitet i fluorittstruktur oksider, slik som hafnia og zirkonia i 2011, har de tiltrukket seg økt interesse. En av de mest lovenede bruksområdene for disse materialene er ikke-flyktige ferroelektriske tilfeldig-tilgangsminner (FeRAM). Disse materialene er lovende for denne applikasjonen grunnnet av deres høye tvangsfelt, høye remanente polarisering, lave dielektriske konstanter, liten tykkelse og utmerket komplementær metalloksid halvelder (CMOS) kompatibilitet. Derfor, for dette bachelorprosjektet, blir det tatt en nærmere titt på denne applikasjonen, og hvordan hafnia og zirkonia solide løsninger (HfxZr1-xO2), ofte referert til som HZO, bruktes i disse applikasjonene. I tillegg vil dette bachelorsprosjektet inkludere en rask overskikt over hva FeRAM er, og hvordan applikasjonen fungerer, samt egenskapene til HZO, sammenlignet med dagens FeRAM blyzirkonattitanat (PbZrxTi1-xO3, PZT), samt teorien og begrepene som trengs for å forklare dette temaet. Det ble funnet at HZO har en stor fordel når det kommer til skalering av applikasjonen, sammenlignet med PZT, men har i sin nåværende tilstand for mange utfordringer og er upålitelig for bruk i kommersielle produkter. Dette skyldes effekter som "wake-up", fatigue, imprint, og en mindre enn tilstrekkelig livstid. Ytterligere forskning og utvikling er nødvendig før HZO kan være kommersielt levedyktig som et FeRAM-materiale. Since the discovery of ferroelectricity in fluorite structure oxides, such as hafnia and zirconia in 2011, they have attracted increased interest. One of the most promising applications for these materials are non-volatile ferroelectric random-access memories (FeRAM). These materials are promising for this application due to their high coercive fields, high remanent polarization, low dielectric constant, small thickness, and excellent complementary metal oxide semiconductor (CMOS) compatibility. Therefore, for this bachelor’s project, a closer look is taken at this application, and how hafnia and zirconia solid solutions (HfxZr1-xO2), often labeled as HZO, are used in these device. In addition, this bachelor’s project will include a quick overview of what FeRAM is and how it works, and the properties of HZO, in comparison to the state-of-the-art FeRAM, lead zirconate titanate (PbZrxTi1-xO3, PZT), as well as the theory and terms needed to explain this topic. It was found that HZO has a major advantage when it comes to scaling of the application compared to PZT, however in its current state has too many challenges and is unreliable for use in commercial products. This is due to effects such as “wake-up”, fatigue, imprint, and a less than sufficient endurance. Further research and development is necessary before HZO can be commercially viable as a FeRAM material.